2024年, 第44卷, 第05期　
刊出日期：2025-06-18

  

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  基于机器学习的反尖晶石氧化物形成能研究

  李子源, 黄鹏儒, 孙立贤, 徐芬

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(05): 441-451. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2023124

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  为了充分利用开源数据库中的数据，加速反尖晶石氧化物的研究，提取了数据库材料项目中1 746个化学式为AB₂O₄的化合物数据，并从中筛选出111个反尖晶石氧化物，构建了基于阳离子占位情况的特征工程。将得到的数据集作为机器学习模型的输入变量，通过机器学习的方式预测反尖晶石氧化物的形成能。使用随机森林（RF）、梯度提升回归树（GBRT）、极端梯度提升（XGBoost）算法构建了3种机器学习模型，经过特征选择，找出了对模型影响最大的多个特征。将反尖晶石氧化物形成能的预测值与实际值进行对比，得到了对形成能预测最佳的模型GBRT，其在测试集上的决定系数（R²）和均方根误差(R_MSE)分别为0.886 667和0.209 970。训练得到的GBRT模型可用于预测反尖晶石氧化物形成能，从而加快反尖晶石氧化物的探索进度。
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  CDs负载的片层状g-C₃N₄增强光催化降解四环素

  张煜欣, 陈晓玲, 薛小刚

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(05): 452-457. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2023101

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  纯g-C₃N₄的高缺陷密度、低比表面积和较高的带隙能量严重限制了其光催化效率，可通过对催化剂的前驱体进行掺杂改性来提高其光催化活性。通过对CDs改性的二氰二胺进行热处理，制备CDs改性的片层状g-C₃N₄；通过XRD、FTIR、UV-Vis、SEM、TEM等表征手段证实所得材料的组成，并对其光催化活性进行系统测试。结果表明，所制备的4-CDsCN对TC具有更强的降解效果，1 h内的降解率达到80.7%，比纯g-C₃N₄（50.5%）提高了59.8%;CDs的负载促进了光生载流子的分离，提升了光催化活性。CDs-CN复合催化剂的制备为无金属碳基半导体光催化材料的制备提供了一种新的思路。
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  SrCu₂O₂/ZnO光催化剂的制备及其光催化性能测试

  黄涛, 钟燕, 胡朝浩

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(05): 458-466. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.202203

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  通过固相烧结成功制备了新型SrCu₂O₂/ZnOⅡ型异质结复合光催化剂。采用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、能量色散X射线光谱（EDS）、透射电子显微镜（TEM）和紫外线-可见光漫反射光谱（UV-Vis DRS）对样品进行表征。结果表明，ZnO颗粒紧密附着在不规则块状SrCu₂O₂上，紧密耦合形成了Ⅱ型异质结。光催化性能实验结果表明，SrCu₂O₂/ZnO质量比在1∶1时，光催化活性最好，在120 min内可降解20 mg·L^-1的盐酸四环素（TC-HCl）约92%，分别是SrCu₂O₂和ZnO的1.3倍和1.7倍。光催化机制表明，Ⅱ型异质结构引起的重建的内部电场不仅扩大了光反应范围，而且提高了光生载体的分离效率，从而改善了SrCu₂O₂/ZnO的光催化性能。该工作为设计基于ZnO的可见光催化剂的反应提供了一个简单的新途径，可促进其在太阳光驱动的各种环境和能源问题中的实际应用。
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  MnCo-S@Ni（OH）₂纳米片阵列制备及电化学性能

  陈子杨, 颜东亮

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(05): 467-474. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2022337

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  为解决金属硫化物在超级电容器中倍率性能低、循环性能差的问题，通过两步电沉积方法在碳布上制备了MnCoS@Ni（OH）₂纳米片阵列。样品物相的测试表明，纳米片阵列由Co₃S₄、MnS以及Ni（OH）₂组成。形貌测试表明，MnCoS@Ni（OH）₂纳米片阵列均匀沉积在碳布上，Ni（OH）₂紧密的结构能够对金属硫化物在充放电过程中电极材料的体积膨胀进行约束，同时元素分析也表明电沉积合成纳米片阵列元素分布均匀。电化学性能测试表明，所合成的MnCo-S@Ni（OH）₂纳米片阵列表现出高比电容(1 A·g^-1电流密度下1 746.1 F·g^-1)以及优异的倍率性能(10 A·g^-1下容量保持率为1 A·g^-1下的68.4%)，相比于MnCo-S和Ni（OH）₂的电化学性能有明显提高。以活性炭为负极，MnCo-S@Ni（OH）₂阵列为正极，进一步组装了非对称超级电容器，其在1 A·g^-1电流密度下比电容为108.2 F·g^-1，且在10 A·g^-1可保持1 A·g^-1电流密度下的94.3%；在2 A·g^-1的电流密度下循环2 000次后，电容保持率为75.5%，此外组装的非对称超级电容器拥有38.5 Wh·kg-1能量密度和811.7 W·kg^-1功率密度。
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  基于Zn掺杂α-MnO₂的NH₄⁺混合电容器及其电化学性能研究

  岳圆圆, 颜东亮

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(05): 475-481. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.202312

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  NH₄⁺混合电容器电极材料易溶解于酸性电解液，使材料主体结构坍塌，导致容量衰减过快，限制了NH₄⁺混合电容器的广泛应用。通过一步水热法制备了隧道结构的Znx MnO₂材料，并通过XRD、SEM、FTIR、XPS等手段对Znx MnO₂正极进行了表征。对Znx MnO₂材料进行电化学性能测试，Znx MnO₂材料在0.5 A/g的电流密度下容量稳定后可达350 F/g；采用隧道Znx MnO₂作为正极材料，商用活性碳作为负极，构成了一种新型的铵离子混合超级电容器（A-HSC）；该电容器可在0～1.6V的电压窗口内稳定工作，能量密度达86 Wh/kg，具有较高的电压窗口；在5 A/g的电流密度下循环5 000圈后仍有80%的容量，具有优异的循环稳定性。Znx MnO₂是一种很有前途的NH₄⁺储存电极材料，对构建新一代的水系铵离子电容器具有重要意义。
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  Ca(Al_0.5Nb_0.5)O₃调控铌酸钾钠基陶瓷的结构和光介电响应性能研究

  曹志杰, 杨玲, 许积文, 周昌荣, 王华

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(05): 482-488. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2022336

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  采用固相合成法制备具有钙钛矿结构的（1-x）(K_0.5Na_0.5)NbO₃-x Ca(Al_0.5Nb_0.5)O₃陶瓷（KNN-x CAN,0.02≤x≤0.08）。研究发现，随着CAN掺杂含量的增加，陶瓷的晶体结构向对称结构以及驰豫铁电体演变，且晶粒尺寸逐渐减小。光照可引起介电常数增加，同时导致介电损耗增加。当x=0.03时，样品表现出优异的光介电响应性能，在光波长为365 nm的紫外光照射，测试频率为80 Hz时，介电可调率可高达663%，随着测试频率的增加，介电可调率快速降低，并在100 kHz后维持在6%左右。当光源开关时，可以观察到明显的电容开关特性，且具有可逆性。本研究为基于KNN基陶瓷开发新型非接触式光调电容器和光开关提供了实验依据。
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  BF-BT基陶瓷实现巨非对称电应变和大压电常数研究

  张浩, 周昌荣

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(05): 489-497. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2023110

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  压电制动器广泛应用于精密定位、自适应光学和自动机器人等设备，然而，无铅压电陶瓷中低电应变和低压电应变系数(d₃₃^*)限制了其实际应用。为了在BF-BT（BiFeO₃-BaTiO₃）基陶瓷中获得高电应变且同时降低驱动场，采用传统固相法制备了SnO₂掺杂的BF-BT陶瓷样品，并研究了0.7BF-0.3BT-x SnO₂陶瓷的相结构、微观结构、铁电性能和极化老化后的非对称电致应变行为。实验结果表明，适量的掺杂成功构建了多相共存。样品在老化处理后，定向的强极性缺陷偶极子形成了内偏场，当其与外加电场方向相同时会促进自发极化的延展，相反时会阻碍自发极化的翻转，从而导致高度不对称的大电应变，同时降低驱动场以获得大的逆压电系数。研究结果表明，在0.7BF-0.3BT-0.2%SnO₂陶瓷中实现了0.7%的高应变和大信号压电系数d₃₃^*=1 190 pm·V^-1。
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  CeCrO₃的制备及磁、介电性能

  张亚乐, 樊利国, 王松伟, 张鑫, 崔梦范, 杨瑞鑫, 邓胜龙, 周欣

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(05): 498-504. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2022178

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  采用燃烧合成法制备CeCrO₃单相多晶样品，并利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜以及综合物性测量系统对样品进行结构、磁以及介电性能研究。直流磁化曲线显示，CeCrO₃样品在260 K附近发生磁相变；高温顺磁段的磁化率倒数与温度具有线性关系，表明Ce CrO₃遵循居里外斯定律；拟合得到的居里外斯温度为负值（-292.1 K），表明样品内部存在反铁磁耦合特性。此外，该样品在120 K附近发生磁化反转，源于Cr子晶格倾角反铁磁中的弱铁磁分量与顺磁性R子晶格因Cr反向内场极化形成的反向磁矩的相互作用。不同频率下介电常数随温度的变化关系显示，CeCrO₃在270 K附近表现出热激活弛豫行为，源于麦克斯韦-瓦格纳效应。交流电导率研究表明，高频下的电导率出现色散现象，利用Jonscher方程对交流电导率进行拟合的结果表明，样品内载流子的传导可根据关联势垒跳跃（CBH）传导机制来理解。
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  OPS/ZIF-67/PI复合材料薄膜的制备与性能

  田磊, 戴培邦, 张倍铭

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(05): 505-510. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2022335

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  集成电路的发展要求材料具有低介电常数，可通过添加纳米空洞材料降低聚合物的介电常数。以3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐（BPDA）、4,4′-二氨基二苯醚（ODA）合成的聚酰亚胺（PI）为基体，引入ZIF-67、OPS为纳米填料，制备ZIF-67/PI、OPS/PI、OPS/ZIF-67/PI复合材料薄膜。通过傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、X射线衍射仪对ZIF-67及上述3种复合材料薄膜进行表征，研究ZIF-67、OPS的含量对复合材料薄膜热稳定性与介电性能的影响。实验结果表明：当添加一定质量分数的ZIF-67与OPS时，OPS/ZIF-67/PI复合材料薄膜的热稳定性较PI有所下降，但是其分解温度仍大于440℃，具有较好的热稳定性；OPS/ZIF-67/PI复合材料薄膜的介电常数低于纯PI薄膜，当OPS的质量分数为5%、ZIF-67的质量分数为7%时，OPS/ZIF-67/PI复合材料薄膜的介电常数为0.69(1 kHz)，相对于ZIF-67添加量为7%的ZIF-67/PI复合材料薄膜的介电常数（1.65,1 kHz）下降了58.2%，相对于OPS添加量为5%的OPS/PI复合材料薄膜的介电常数（2.52,1 kHz）下降了72.6%，相对于纯PI(2.98,1 kHz)下降了76.8%。当添加一定质量分数的OPS与ZIF-67时，复合材料薄膜的介电损耗略微增加。
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  两种不同形式原料粉体制备的ITO靶材特性的比较研究

  耿智凡, 朱归胜, 徐华蕊

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(05): 511-518. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2023111

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  氧化铟锡（ITO）薄膜因其优异的性能，在显示设备、太阳能电池、气体传感器等中被广泛应用。溅射法制备优质ITO薄膜需要ITO靶材具有高纯度、高致密度、组织均匀和良好的导电性，选择何种原料粉末制备高质量的ITO靶材一直是一个备受争议的话题。为了获取高质量的ITO溅射靶材，分别采用氧化铟锡（ITO）粉体和氧化铟-氧化锡混合粉体为原料，以冷烧结-微波烧结的方式制得了相应的ITO靶材。通过对其相结构、微观形貌、致密度、导电性能及元素分布的分析，对比了2种不同粉体原料在相同的冷烧结-微波烧结条件下制备出的ITO靶材的性能。结果表明，以氧化铟-氧化锡混合粉体为原料制得的ITO靶材表现出更高的致密度、更好的电性能及更细小的晶粒，且以这2种不同形式的原料制得的靶材均呈现出均匀的组分分布。该工作有助于提高ITO靶材的质量，降低生产成本。
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  超薄存储芯片三维堆叠封装服役可靠性研究

  曹峰哲, 杨道国

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(05): 519-524. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2022343

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  随着存储芯片频率和功率的日益增加，三维堆叠封装难以满足芯片的散热需求，易引起芯片翘曲、开裂甚至界面分层等失效问题，这会严重影响存储芯片的性能和使用寿命。针对上述问题，以典型的六层堆叠存储芯片封装结构为研究对象，研究了芯片在服役状态下的芯片结温和最大等效应力。其次，采用正交试验与灰色关联分析相结合的方法对封装结构的芯片结温与最大等效应力进行双目标优化设计，得到了其最优的封装结构参数组合。仿真结果表明，优化后的六层堆叠存储芯片封装结构的芯片结温下降了7.10%，最大等效应力下降了9.67%，对实际的堆叠封装工艺开发与产业化具有指导意义。
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  静电纺丝纤维增强碳纤维/环氧树脂复合材料层间韧性研究进展

  向阳, 马传国, 曾塘玉, 付泽浩

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(05): 525-534. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.022276

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  静电纺丝（电纺）纤维作为一种新型的增强材料，如今已经被广泛运用到各个领域。目前已经证实电纺纤维能够有效提升碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料的力学性能。本综述重点关注当前电纺纤维层间增韧CF/EP复合材料的研究进展，介绍静电纺丝法的制备原理，调研电纺工艺参数对纤维形貌的影响，归纳电纺纤维种类、直径、面密度、电纺纤维引入方式等对CF/EP复合材料层间断裂韧性的影响，通过对当前已经开展的研究进行详细分析，总结了电纺纤维的增韧机理，指出目前电纺纤维增韧复合材料的不足，并对未来电纺纤维增韧复合材料的发展进行了展望。
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  采用高结晶非富勒烯受体的高性能三元有机太阳能电池

  邓正起, 黄天环, 张坚

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(05): 535-543. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2022127

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  活性层获得高质量薄膜是制备高性能三元有机太阳能电池（TOSCs）的前提，引入高结晶第三组分是一种简单而有效的薄膜优化手段之一。采用高结晶非富勒烯受体ITIC-Th作为第三组分，与非富勒烯受体BTP-BO-4F、聚合物给体PM6制备了一系列TOSCs。ITIC-Th作为形貌调节剂，可优化薄膜的分子排列和相分离；ITIC-Th作为光谱吸收互补的第三组分，可拓宽活性层的光谱吸收范围。此外，ITIC-Th与BTP-BO-4F易形成合金状态，可抑制器件的非辐射复合。当引入的ITICTh含量为5%时，TOSCs性能达到最优，能量转换效率（PCE）为17.66%，短路电流密度（JSC）为26.51 mA·cm-2，开路电压（VOC）为0.862 V，填充因子（FF）为77.32%，这主要得益于ITIC-Th作为第三组分协同优化了器件的光子俘获、激子解离、载流子传输和电荷收集，从而获得高性能TOSCs。选择高结晶非富勒烯受体作为第三组分是一种制备高性能TOSCs的有效策略，有利于推进TOSCs的商业化。
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  生物质硬碳材料作为二次电池负极的研究进展

  王绍东, 葛猛, 周怀营, 邓健秋

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(05): 544-550. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2022331

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  硬碳凭借其较高的理论容量、良好的容量保持能力和稳定的内部结构等优势成为一种极具潜力的储能系统电极材料。近些年，以具有可调多孔结构的生物质作为前驱体制备具有独特微观结构的硬碳成为电化学储能领域研究的热点。结合国内外的研究成果，综述了生物质硬碳常见的制备方法，讨论了以生物质硬碳材料作为二次电池（LIBs、SIBs、PIBs）负极电极的电化学性能，其中，在碳基负极材料中掺杂非碳原子可以提高材料导电性，促进电子的传输，被证明是提高其电化学性能的有效策略，最后总结了生物质碳基负极材料在提高二次电池储能性能方面目前面临的挑战和未来的前景。生物质硬碳材料价格低廉、来源广泛、电化学性能优异，有望成为商用负极材料。